专利名称:振动螺旋钻孔及疏浚装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种既能用于地层钻孔又能用于疏浚的“振动螺旋钻孔及疏浚装置”背景技术现有长螺旋钻孔机，是用螺旋输送将泥沙输送出孔底，而不是用水作为循环介质，用泵将泥水混合物抽出，故称无循环液输送，由于无循环液输送附合环保要求，得到了广泛的应用，存在问题是(1)泥沙与螺旋面的摩擦阻力很大，不仅消耗能量大，当泥沙粘性增大时，常常会粘住螺旋叶片，产生阻塞，螺旋输送杆被泥土塞满成为泥柱，使螺旋输送停止，无法继续钻进，清除这些阻塞螺旋塞叶片的泥土十分费力费时，影响生产效率；(2)长螺旋钻孔直径＝钻杆直径，如果要改变孔径，就得更换不同直径的钻杆，费钱又费事。
(3)在松散地层钻孔提钻时，容易产生孔壁坍塌，影响成孔质量。
疏浚与地层钻孔有许多相似之处，都包含破碎泥土并将破碎泥土输送至地表，目前的疏浚设备主要分成两类第一类是用绞刀、耙头、斗轮或水枪等装置松动底泥成为泥浆，再用泵抽吸并通过管道将泥浆送至堆场存放、沉淀、脱水、固化；利用这类设备进行疏浚时，由于底泥受到严重搅动，底泥中的污染物质再次扩散到水中，因而二次水污染严重；另外，一般泥浆的平均含泥量不超过20％，疏浚中输送底泥时，需要输送五倍于底泥体积的泥浆，耗能高，效率低下；同时存放泥浆需要占用大量场地，在泥浆的沉淀、脱水、固化过程中还会带来一系列的环保问题，例如大量被污染的余水再次污染环境，未固化的泥浆造成行人误入沉陷等等，由此使疏浚成本进一步加大，污染环境严重。
第二类是用抓斗、链斗、铲斗提升底泥放入泥驳运送至堆场，在挖泥及提升过程中，溢流散失甚多，形成大范围的混浊区，更主要的是，在将泥驳中的底泥卸入堆场时，普遍采用吹填法，即用水枪冲、用水泵抽吸，同样会形成二次水污染。
随着在疏浚过程中对环保要求的进一步提高，上世纪末意大利PNEUMA.S.R.L生产了一种气力泵，该气力泵利用压缩空气将进入水底气罐中的淤泥排出，然后降压，由于水面高于气罐的吸入口，水头压力将堵在吸入口周围的淤泥压入气罐，有三个气罐交替工作，由一组阀门控制循环往复过程。这一系统存在的主要问题是
(1)当水较浅时，水头压力小，需要增设真空泵，使设备复杂化，而污染底泥很多在浅水区；(2)只适用于松厚的底泥层，底泥必须能始终围堵住吸口，才能获得高浓度的泥浆，实际上很难始终满足，周围的水很易冲开围堵的底泥涌入罐内，使泥浆浓度大幅下降；(3)耗能高、压气传动的总效率仅为电力传动的1/6～1/7。
发明内容针对现有技术存在的问题，本发明首要目的是提供一种能克服现有长螺旋钻孔机存在的问题的装置，即减小泥沙与螺旋面的摩擦阻力，用同一直径的螺旋钻杆可以扩径钻不同直径的孔，解决在松散地层钻孔提钻时容易产生孔壁坍塌问题；本发明更主要的目的是将岩土工程中行之有效的无循环液工法引进疏浚作业，大幅度降低水的二次污染，提高施工效率高、减少能耗，降低成本。
为达到上述目的，本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置由动力头、螺旋钻杆、中心导管、钻头，套管、扩径钻头、扩径套管等组成；动力头位于螺旋钻杆顶部，一台低速液压马达位于动力头机箱上部，输出轴向下伸入机箱内部，轴线与螺旋钻杆中心线平行，并偏置一段距离，低速液压马达通过花键轴与小齿轮连接，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮用一对圆锥止推轴承安装在机箱心轴上，心轴轴线与大齿轮、螺旋钻杆、螺旋钻杆驱动套，减振器外壳、中心导管等轴线重合，大齿轮的圆周方向均布有至少六个以上圆柱台阶孔，减振器由橡胶垫、销轴、锥形法兰盘组成，减振器外壳与大齿轮上端面用螺钉连接成一体，减振器外壳下部圆周方向有与大齿轮圆柱孔镜向的、相等数量的圆柱台阶孔，锥形法兰盘位于减振器外壳与大齿轮之间，法兰盘中心与螺旋钻杆驱动套连接，圆周上有圆柱孔，数量与大齿轮圆周上的圆柱孔相等并同轴，各孔内压配有销轴，每个销轴上、下各有二个以上橡胶垫；螺旋钻杆驱动套通过减振器支承在大齿轮上，向下用套管螺栓与螺旋钻杆体连接，螺旋钻杆驱动套与心轴间有≈5倍振幅的间隙；中心导管驱动套用两个滚珠轴承安装在螺旋钻杆驱动套内孔中，中心导管驱动套上端与大同步带轮键连接；一台高速液压马达固定在动力头机箱的外侧面，输出轴向上，并与小同步带轮连接，用同步带驱动大同步带轮，在松边用张紧轮张紧；数量在一根以上的螺旋钻杆是由螺旋钻杆体、螺旋叶片、中心导管、偏心块及轴承等组成，螺旋钻杆体外部焊接螺旋叶片，中心导管用二个滚珠轴承安装在螺旋钻杆体的内孔中，用花键套与相邻的中心导管连接，在中心导管外，安装有偏心块，偏心块与中心导管键连接，偏心块旋转时产生激振力，激振力的合力通过螺旋钻杆的质心，偏心块的偏心质量矩＝螺旋钻杆总质量×振幅；螺旋钻杆底部用套管螺栓与钻头连接，钻头分同径钻头及扩径钻头两种，同径钻头螺旋叶片上下同径，扩径钻头螺旋叶片从上至下逐步扩大，外廓呈圆锥台形；中心导管用二个滚珠轴承安装在钻头体的内孔中，底部有一个可启闭的盖头；数量在一根以上的套管为两端有法兰的圆管，顶端与动力头机箱连接，套管壁上每隔3米左右有一可启闭的出泥口，套管外侧有一回水管，相邻套管的回水管上下联通，在套管顶部水面以上部位，在组成回水管的套管壁上，有可出水的小孔；扩径套管由一段圆柱套管与外廓和扩径钻头相协调的圆锥套管连接组成；疏浚作业中，增设一个耙泥器套装在扩径套管底部；对于不要求随钻灌注混凝土的，中心导管可以简化为一组传动轴。
进一步螺旋钻杆体为圆管状，两端加厚，有至少三个以上安装套管螺栓的圆锥孔，用套管螺栓与相邻的螺旋钻杆或其它部件连接，连接处由螺旋钻杆的外套与相邻螺旋钻杆内套插接，内外套的圆锥孔连接成一个圆锥孔，内外套之间有密封圈，内套孔内，有带密封胶圈的顶套。
进一步套管螺栓由中心带台阶孔的圆锥套、螺栓及扁螺母组成，扁螺母由带螺孔的台阶圆柱切去两边构成，对应中心带台阶孔的圆锥套亦开一槽与其协调，扁螺母与螺旋钻杆体连接成一体，圆锥套安装在相邻两钻杆组装后形成的圆锥孔内，螺栓将置于的圆锥孔内的圆锥套压紧。
进一步螺旋叶片为单线，右旋，螺距＝0.5～0.75钻孔直径，连接处不间断螺旋叶片联续性，螺旋钻杆长度应是螺距的整数倍数。
进一步套管与螺旋钻杆及钻头间有间隙，间隙数值＞振幅1mm。
进一步耙泥器由两个半径略大于扩径钻头底部半径的半圆柱与两块带孔的钢板组成一体，，两半圆柱互相镜向，并相交一个角度，钢板上的孔与短轴配合，短轴与支撑板制成一体，，支撑板固定在套管底部，二短轴中心线位于同一水平线上，该水平线与扩径套管中心线垂直相交，绳轮固定在扩径套管上，绳轮轴线与短轴平行，并与牵引缆绳方向协调；通过绳轮的横向牵引缆绳往返拉动，耙泥器可绕短轴摆动，位于拉力同方向一侧，耙泥器一翼摆动至高位时，倾斜底边外侧高度H＞切削刃高度，逆拉力方向一侧，耙泥器另一翼进入水平耙泥位置。
进一步可启闭的盖头，由盖头、拉套、滚珠及弹簧等组成，盖头安装在钻头体孔内，孔内有一半圆形槽，盖头上端为圆柱套，套厚度≈0.6滚珠直径，套中部圆周上，径向有至少8个以上的圆柱孔等分圆周，每个孔内有一滚珠，盖头圆柱套内径与拉套外径间隙配合，拉套下部有一槽，槽深≥0.5滚珠直径，盖头心部安装有螺栓与拉套连接，一个弹簧套装在螺栓上，当拉套由弹簧压进孔内时，滚珠被推出，嵌入钻杆体半圆形槽与盖头之间，盖头被轴向固定，拉紧拉套，拉套克服弹簧力上行，拉套上行时，滚珠失去拉套圆柱面的支撑，退入槽内，盖头受重力作用，脱离钻杆体，中心导管下部通孔打开。
进一步对于不要求随钻灌注混凝土的，中心导管可以简化为一组传动轴，由中心驱动轴、螺旋钻杆传动轴及钻头传动轴组成，这些轴的两端轴颈相同，轴颈处均安装挡圈及滚珠轴承，分别安装在螺旋钻杆驱动套、螺旋钻杆体及钻头体的孔内，相邻轴之间用花键套连接，中心驱动轴上端与大同步带轮键连接，偏心块用压盖压紧在传动轴上，并用键与传动轴连接，偏心块旋转时产生激振力，激振力的合力通过螺旋钻杆或钻头的质心，螺旋钻杆或钻头偏心块的偏心质量矩＝螺旋钻杆或钻头的总质量×振幅；简化后省略可启闭的盖头，盖头与钻头体连接成一体。
进一步动力头安装在一个直立的塔架上，可带动整个装置可沿塔架上下移动。
由于本发明工作时对切削泥土施加有振动力及剪切力，通过振动使泥土内磨擦阻力减小，泥土内局部及泥土与螺旋叶片接触面之间产生液化，大大降低了磨擦阻力，降低了扭矩，避免了经常堵塞，提高了效率；由于本发明采用螺旋钻杆、套管、扩径钻头及扩径套管等组合作业，用同一直径的螺旋钻杆可以扩径钻不同直径的孔，可以用无循环液工法进行疏浚作业，而不是用水作为循环介质，疏浚时底泥中多余的水由套管外的回水管回流至水底，含水量比用泵抽吸减少四倍，疏浚时底泥在套管内被输送至地表，减少底泥在水域中的扩散，大幅度降低了水的二次污染，减少了输送量及能耗，提高了效率；由于本发明采用中心导管，可以随钻灌注混凝土，避免了提钻时产生孔壁坍塌，不仅提高了效率，亦提高了成桩质量；由于本发明采用高频微幅振动，并采用减振器隔振，主要是螺旋钻杆及钻头产生振动，动力头及套管振幅很小，参振质量小，能耗低；本发明结构简单，全机传动轮仅一对齿轮及一对同步带轮，易于制造，可以与现有疏浚船配套使用，成本低；图1为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置的总图；图2为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置动力头的剖视图；图3为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置动力头与螺旋钻杆连接部的放大视图；图4为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置图2的B-B剖视图；图5为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置螺旋钻杆的剖视图；图6为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置图7的C-C剖视图；图7为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置套管螺栓的放大视图(图5的G部)；图8为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置同径钻头及可启闭的盖头的剖视图；图9为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置扩径钻头的剖视图；图10为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置扩径钻头的外形图；图11为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置的套管剖视图；图中套管出泥口已封闭。
图12为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置安装上卸泥漏斗套管的剖视图；图13为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置扩径套管的视图；图14为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置疏浚作业用扩径套管及耙泥器的视 图15为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置疏浚作业用扩径套管及耙泥器的的B-B剖视图图16为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置无套管钻孔及成孔后灌注混凝土的示意图；图17为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置扩径钻孔的示意图；图18为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置疏浚作业的示意图；图19为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置安装在疏浚船上作业时的示意主视图；图20为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置安装在疏浚船上作业时的示意俯视图。
图21为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置中心导管简化为传动轴后的总图，(图中原有另件结构有改动的，该另件的附图标记亦改动)；图22为本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置图21的C-C剖视图。
具体实施方式如图1、图2、图3、图4所示，本发明振动螺旋钻孔及疏浚装置有动力头1、螺旋钻杆2、中心导管2.9、钻头3及套管4等组成；动力头1位于螺旋钻杆2顶部，一台低速液压马达1.8位于动力头机箱1.10上部，低速液压马达输出轴向下伸入机箱内，轴线与螺旋钻杆2的中心线平行，并偏置一距离，低速液压马达1.8通过花键轴1.9与小齿轮1.11连接，花键轴1.9上端与低速液压马达输出轴连接，下端用滚珠轴承1.12安装在动力头机箱1.10内，小齿轮1.11与大齿轮1.13啮合，大齿轮1.13用一对圆锥止推轴承1.14安装在机箱心轴1.15上，心轴1.15轴线与大齿轮1.13、螺旋钻杆2、螺旋钻杆驱动套1.18、减振器外壳1.4及中心导管驱动套1.7等轴线重合，大齿轮1.13的上端圆周方向至少均布有六个以上圆柱台阶孔；减振器由橡胶垫1.3、销轴1.17、锥形法兰盘1.6及减振器外壳1.4组成，减振器外壳1.4与大齿轮1.13上端用螺钉连接成一体，外壳1.4下部圆周方向有与大齿轮圆柱台阶孔镜向的、相等数量的圆柱孔，锥形法兰盘1.6位于减振器外壳1.4与大齿轮1.13之间，法兰盘中心与螺旋钻杆驱动套1.18连接，圆周上有圆柱孔，数量与大齿轮圆周上的圆柱孔相等并同轴，各孔内压配有销轴1.17，每个销轴上、下各有二个以上橡胶垫1.3；螺旋钻杆驱动套1.18通过减振器安装在大齿轮1.13上，向下用套管螺栓2.1与螺旋钻杆体2.2连接；中心导管驱动套1.7用两个滚珠轴承1.16安装在螺旋钻杆驱动套1.18内，中心导管驱动套1.7上端与大同步带轮1.5键连接，一台高速液压马达1.1固定在动力头机箱1.10的外侧面，高速液压马达1.1输出轴向上，并与小同步带轮1.2连接，并用同步带1.19驱动大同步带轮，在松边用张紧轮张紧(图中未显示)，低速液压马达1.8及高速液压马达1.1由变量油泵供油(图中未显示)。
图5、图6、图7为本发明螺旋钻杆的剖视图，数量在一根以上的螺旋钻杆2是由螺旋钻杆体2.2、螺旋叶片2.8、中心导管2.9、偏心块2.10及滚珠轴承2.7等组成，螺旋钻杆体2.2为圆管状，外部焊接螺旋叶片2.8，螺旋叶片2.8为单线，右旋，螺距＝(0.5～0.75)钻杆直径；中心导管2.9用二个滚珠轴承2.7安装在螺旋钻杆体2.2的孔内，用花键套2.3与相邻的中心导管连接，花键套2.3内有与中心导管2.9密封的密封胶圈2.16(参考图8)；在中心导管外面两端靠滚珠轴承挡圈2.15处，安装有偏心块2.10，偏心块与中心导管键连接，偏心块2.10旋转时产生激振力，激振力的合力通过螺旋钻杆的质心，偏心块2.10的偏心质量矩＝螺旋钻杆总质量×振幅；在本实施例中，振幅取1-2mm之间，数值各部统一，振动频率f＝16～32，由变量油泵调节；螺旋钻杆体2.2两端加厚，有至少三个以上安装套管螺栓2.1的圆锥孔，用套管螺栓2.1与相邻的螺旋钻杆或其它部件连接，连接处为螺旋钻杆的外套与相邻的螺旋钻杆内套插接，内外套的圆锥孔连接后成一个圆锥孔，内外套之间有密封圈2.5，内套的孔内，有带密封胶圈2.6的顶套，顶套端部有轴向定位台阶；套管螺栓2.1由中心带台阶孔的圆锥套2.11、螺栓2.12及扁螺母2.13组成，扁螺母2.13由中心带螺孔的台阶圆柱切去两边构成，对应中心带台阶孔的圆锥套2.11中部亦开一槽与其协调，扁螺母2.13高度＜内套厚度，并与螺旋钻杆体2.2连接成一体，螺栓将置于螺旋钻杆圆锥孔内的圆锥套压紧，并锁紧；连接处不间断螺旋叶片联续性；螺旋钻杆长度是螺距的整数倍数；图8、为本发明同径钻头3.1的剖视图；螺旋钻杆2底部与钻头3.1用套管螺栓2.1连接，同径钻头3.1结构与螺旋钻杆相似，在钻头体3.4外部焊接螺旋叶片2.8，钻头下部由底向上0.5～1个螺距的螺旋叶片为双线，叶片底部焊接有切削刃3.11，在钻头体3.4内部，钻头中心导管3.3用二个滚珠轴承3.14安装在钻头体3.4内，用花键套2.3与相邻螺旋钻杆2的中心导管连接，在中心导管外，两端靠滚珠轴承挡圈2.15处，安装有偏心块2.10，偏心块与中心导管键连接，偏心块2.10旋转时产生激振力，激振力的合力通过同径钻头的质心，偏心块2.10的偏心质量矩＝同径钻头总质量×振幅；钻头底部中心有一个可启闭的盖头，由盖头3.10、拉套3.5、滚珠3.9及弹簧3.7等组成，盖头3.10安装在钻头体3.4孔内，孔内有一半圆形槽，盖头3.10上端为圆柱套，套厚度≈0.6滚珠直径，套中部圆周上，径向有至少8个以上的圆柱孔等分圆周，每个孔内有一个滚珠3.9，拉套外径与盖头圆柱套内径间隙配合，拉套下部有一槽，槽深≥0.5滚珠直径，盖头3.10心部安装有螺栓3.6与拉套3.5连接，弹簧3.7套装在螺栓上，拉套3.5由弹簧压进盖头3.10孔内时，滚珠被推出嵌在钻头体3.4与盖头3.10之间半圆形槽内，盖头被轴向固定；拉紧拉套3.5，拉套克服弹簧力上行，拉套3.5上行时，滚珠3.9失去拉套圆柱面的支撑，一半退入槽内，盖头3.10失去滚珠的支持，受重力作用，脱离钻头体下落，中心导管下部通孔打开，打开后二个端面油封3.12密封轴承；可启闭的盖头上有密封胶圈3.13，闭合时可将钻头中心导管3.3与钻头体3.4间的空间与外部形成液密封；图9，图10为本发明扩径钻头3.2的剖视图及扩径钻头3.2的外形图；螺旋钻杆2底部与钻头3.2用套管螺栓2.1连接，在钻头体3.15外部焊接螺旋叶片3.16，螺旋叶片3.16从上至下逐步扩大，外廓呈圆锥台形，螺旋叶片的螺距不变，钻头下部由底向上0.5～1个螺距的螺旋叶片为双线，叶片底部焊接有切削刃3.11，在钻头体3.15内部，钻头中心导管3.19用二个滚珠轴承3.14安装在钻头体3.15内，用花键套2.3与相邻螺旋钻杆的中心导管连接，在中心导管3.19外，两端靠滚珠轴承挡圈2.15处，安装有偏心块2.10，偏心块与中心导管键连接，偏心块2.10旋转时产生激振力，激振力的合力通过扩径钻头3.2的质心，偏心块2.10的偏心质量矩＝扩径钻头总质量×振幅；钻头底部中心有一个与同径钻头3.1相同的可启闭的盖头；图11、图12、图13为本发明的套管剖视图及扩径套管的视图，套管4由法兰4.1及套管体4.3组成，法兰4.1位于套管两端，套管顶端与动力头机箱1.10下部连接，下部用法兰与相邻套管连接，套管体4.3壁上每隔3米左右有一可启闭的出泥口，卸去封口门4.2，原处可安装上卸泥漏斗4.5，套管外侧有一回水管4.4，相邻套管连接后回水管上下联通，在水面以上，组成回水管的套管体4.3壁上，有可出水的小孔(图中未显示)；扩径套管由法兰4.1、套管体4.3及扩径套管体4.6连接组成，各部同轴，扩径套管体4.6为外廓和扩径钻头5相协调的圆锥管；图14为本发明疏浚作业用扩径套管的视图，图15为图14的B-B剖视图；疏浚作业中，有一个耙泥器4.9套装在扩径套管4.6底部，耙泥器4.9由两个半径略大于扩径钻头底部半径的半圆柱与两块带孔的钢板组成一体，，两半圆柱互相镜向，并相交一个角度，钢板上的孔与短轴配合，短轴与支撑板4.10制成一体，支撑板4.10固定在套管体4.6底部，二短轴中心线位于同一水平线上，并与扩径套管体4.6中心线垂直相交，绳轮4.7固定在扩径套管4.6上，绳轮轴线与短轴平行，并与牵引缆绳4.8方向协调，用通过绳轮的横向牵引缆绳往返拉动，耙泥器4.9可绕短轴摆动，位于拉力同方向一侧，耙泥器4.9一翼摆动至高位时，倾斜底边外侧高度H＞切削刃高度，逆拉力方向一侧耙泥器4.9一翼进入水平耙泥位置；图16为本发明无套管钻孔及成孔后灌注混凝土的示意图；在这一实施例中，钻孔时未使用套管，动力头1驱动螺旋钻杆2及同径钻头3.1钻孔，由钻孔达到预定深度后，由中心导管2.9灌注混凝土12，当混凝土在中心导管2.9内达到达一定高度时，拉紧连接拉套3.5的钢丝绳3.8打开端盖(参考图8)，提升螺旋钻杆，混凝土进入孔底，然后边灌注混凝土边提升螺旋钻杆，直至完成；提钻时不易产生孔壁坍塌，提高了成孔质量。
图17为本发明扩径钻孔的示意图；螺旋钻杆2、扩径钻头3.2、套管4及扩径套管4.6等组合作业，动力头1驱动螺旋钻杆2及用扩径钻头3.2、钻出大于螺旋钻杆直径的孔，钻出的泥砂，在扩径套管体4.6内逐步聚合，进入螺旋钻杆2内上升，经出泥口出泥；扩径钻头3.2的直径，可根据疏浚土的硬度选用1.5-2.5螺旋钻杆直径，锤角30°～40°；同样扩径钻孔亦可利用中心导管2.9灌注混凝土，必要时可配合利用中心导管的振动，有利混凝土灌注。
图18、图19、图20为本发明疏浚作业的示意图；振动螺旋钻孔及疏浚装置安装在疏浚船15的塔架15.2上，疏浚船可选用定位桩台车式或其它形式，动力头1可沿塔架15.2上下移动，移动动力头1的上下位置，可调节疏浚深度，动力头1驱动螺旋钻杆2及扩径钻头3.2转动，横向牵引缆绳4.8拉动疏浚船15绕定位桩15.1摆动，振动螺旋钻孔及疏浚装置随船摆动，扩径钻头3.2沿摆动圆弧切削底泥，耙泥器4.9受横向牵引缆绳4.8拉动，在运动方向一侧，向上抬高露出一个开口，切削下的底泥，随疏浚装置的运移进入耙泥器4.9内，在逆运动方向一侧，耙泥器4.9底部被拉成水平，耙泥器4.9的圆柱面阻止切削下的底泥因疏浚装置的移动而遗漏；聚合在耙泥器4.9中的底泥，被螺旋叶片3.16、螺旋叶片2.8在扩径套管4.6及套管4内提升至出出泥口出泥，经输泥槽13流入泥驳15.5，或经泥仓转运入泥驳；底泥中多余的水由回水管4.4流回孔底，减少套管外水进入；疏浚船15的运移方法可参照公知的工法。
图21，22为本发明中心导管简化为传动轴后的总图及图21的C-C剖视图；传动轴由中心驱动轴1.21、螺旋钻杆传动轴2.24及钻头传动轴3.17组成，这些轴的形体基本相似，是阶梯轴，两端轴颈相同，中部轴身长度不同，，轴颈处均安装挡圈2.30及滚珠轴承2..21，中心驱动轴1.21用两个滚珠轴承2..21安装在螺旋钻杆驱动套2.22内，中心驱动轴上端与大同步带轮1.20键连接，传动轴2.24用二个滚珠轴承2.21外加轴承室2.27安装在螺旋钻杆体2.2的孔内，用花键套2.26与上、下相邻的中心驱动轴1.21及钻头的传动轴3.17连接，钻头传动轴3.17上端的滚珠轴承2.21外加轴承室2.27安装在钻头体孔内，下端滚珠轴承2.21直接安装在钻头体3.18下部孔内，传动轴2.24、3.17轴身两端挡圈2.30内，安装有偏心块2.23，偏心块用压盖2.28压紧在传动轴2.24、3.17上，并用键2.29与传动轴连接，传动轴驱动偏心块旋转，偏心块旋转时产生激振力，激振力的合力通过螺旋钻杆2或钻头3的质心，螺旋钻杆2或钻头3的偏心块的偏心质量矩＝螺旋钻杆2或钻头3的总质量×振幅；螺旋钻杆2上部用套管螺栓2.1与螺旋钻杆驱动套2.22连接，底部用套管螺栓2.1与钻头3连接，连接处内孔用带密封胶圈的套筒2.25(参考图8)与钻杆外形成液密封；简化后可启闭的盖头3.10省略，与钻头体3.18制成一体。
权利要求
1.一种振动螺旋钻孔及疏浚装置，由动力头、螺旋钻杆、钻头及套管等组成，其特征在于动力头(1)位于螺旋钻杆(2)项部，低速液压马达(1.8)位于动力头机箱(1.10)上部，其输出轴向下伸入机箱内，轴线与螺旋钻杆中心线平行，并偏置一段距离；低速液压马达通过花键轴(1.9)与小齿轮(1.11)连接，小齿轮(1.11)与大齿轮(1.13)啮合，大齿轮(1.13)用一对圆锥止推轴承(1.14)安装在机箱心轴(1.15)上，心轴轴线与大齿轮(1.13)、螺旋钻杆(2)、减振器外壳(1.4)、中心导管(1.7)螺旋钻杆驱动套(1.18)等轴线重合，大齿轮(1.13)的圆周方向均布有至少六个以上的圆柱台阶孔；减振器外壳下部圆周方向有与大齿轮(1.13)圆柱台阶孔镜向的、同等数量的圆柱台阶孔，锥形法兰盘(1.6)位于减振器外壳(1.4)与大齿轮(1.13)之间，法兰盘中心与螺旋钻杆驱动套(1.18)连接，圆周上有圆柱孔，数量与大齿轮(1.13)圆周上的圆柱孔相等并同轴，各孔内压配有销轴(1.17)，每个销轴上、下各有二个以上橡胶垫(1.3)，螺旋钻杆驱动套(1.18)通过减振器支承在大齿轮上，向下用套管螺栓(2.1)与螺旋钻杆体(2.2)连接，螺旋钻杆驱动套(1.18)与心轴(1.15)间有≈5倍振幅的间隙；中心导管驱动套(1.7)用两个滚珠轴承(1.16)安装在螺旋钻杆驱动套(1.18)内，其上端与大同步带轮(1.5)键连接，高速液压马达(1.1)固定在动力头机箱(1.10)的外侧面，其输出轴向上，与小同步带轮(1.2)连接，并用同步带(1.19)驱动大同步带轮(1.5)，在松边用张紧轮张紧；数量在一根以上的螺旋钻杆(2)由螺旋钻杆体(2.2)、螺旋叶片(2.8)、中心导管(2.9)及偏心块(2.10)及轴承(2.7)等组成，螺旋钻杆体(2.2)外部焊接螺旋叶片(2.8)，中心导管(2.9)用二个滚珠轴承(2.7)安装在螺旋钻杆体(2.2)的内孔中，用花键套(2.3)与相邻的中心导管连接；在中心导管(2.9)外，安装有偏心块(2.10)，偏心块与中心导管键连接，偏心块旋转时产生激振力，激振力的合力通过螺旋钻杆(2)的质心，偏心块(2.10)的偏心质量矩＝螺旋钻杆(2)总质量×振幅；螺旋钻杆(2)用套管螺栓(2.1)与底部钻头(3)连接，钻头分同径钻头(3.1)及扩径钻头(3.2)两种，同径钻头螺旋叶片(2.8)上下同径，扩径钻头(3.2)的螺旋叶片(3.16)从上至下逐步扩大，外廓呈圆锥台形；中心导管用二个滚珠轴承安装在钻头体的内孔中，底部有一个可启闭的盖头(3.10)；数量在一根以上的套管(4)两端有法兰(4.1)，顶端与动力头机箱(1.10)连接，套管壁(4.3)上每隔3米左右有一可启闭的出泥口，套管外侧有一回水管(4.4)，相邻套管的回水管上下联通；在套管(4)顶部水面以上部位，在组成回水管(4.4)的套管壁上，有可出水的小孔；扩径套管(4.6)由一段圆柱套管(4.3)与外廓和扩径钻头相协调的圆锥套管(4.6)连接组成；一个耙泥器(4.9)套装在扩径套管(4.6)底部；对于对随钻灌注混凝土没有要求的，中心导管可以简化为一组传动轴。
2.如权利要求
1所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，其特征在于螺旋钻杆体(2.2)为圆管状，两端加厚，有至少三个以上安装套管螺栓(2.1)的圆锥孔，用套管螺栓(2.1)与相邻的螺旋钻杆或其它部件连接，连接处由螺旋钻杆的外套与相邻螺旋钻杆内套插接，内外套的圆锥孔连接成一个圆锥孔，内外套之间有密封圈(2.5)，内套孔内，有带密封胶圈(2.6)的项套(2.4)。
3.如权利要求
2所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，其特征在于套管螺栓由中心带台阶孔的圆锥套(2.11)、螺栓(2.12)及扁螺母(2.13)组成，扁螺母(2.13)由带螺孔的台阶圆柱切去两边构成，圆锥套(2.11)亦对应开一槽与其协调，扁螺母(2.13)与螺旋钻杆体(2.2)连接成一体，圆锥套(2.11)置于二相邻螺旋钻杆(2)组装后连接成的圆锥孔内，螺栓(2.12)将置于圆锥孔内的圆锥套(2.11)压紧。
4.如权利要求
1所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，其特征在于螺旋叶片(2.8)为单线，右旋，螺距＝0.5～0.75钻孔直径，相邻的螺旋钻杆连接处不间断螺旋叶片的联续性，螺旋钻杆(2)的长度是螺距的整数倍数。
5.如权利要求
1所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，其特征在于套管(4)与螺旋钻杆(2)及钻头(3)间有间隙，间隙数值＞振幅1mm。
6.如权利要求
1所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，其特征在于耙泥器(4.9)由两个半径略大于扩径钻头(4.6)半径的半圆柱与两块带孔的钢板组成一体，，两半圆柱互相镜向，并相交一个角度，钢板上的孔与短轴配合，短轴与支撑板(4.10)制成一体，支撑板(4.10)固定在扩径套管(4.6)底部，二短轴中心线位于同一水平线上，该水平线与扩径套管(4.6)中心线垂直相交，绳轮(4.7)固定在扩径套管(4.6)上，绳轮轴线与短轴平行，并与牵引缆绳(4.8)方向协调；通过绳轮(4.7)的横向牵引缆绳(4.8)往返拉动，耙泥器(4.9)可绕支撑板上的短轴摆动，位于拉力同方向一侧，耙泥器(4.9)一翼摆动至高位时，倾斜底边外侧高度H＞切削刃(3.11)高度，逆拉力方向一侧耙泥器(4.9)一翼进入水平耙泥位置。
7.如权利要求
1所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，其特征在于可启闭的盖头由盖头(3.10)、滚珠(3.9)、弹簧(3.7)、螺栓(3.6)及拉套(3.5)等组成，盖头(3.10)安装在钻头体(3.4)孔内，钻头体孔内有一半圆形槽，盖头(3.10)上端为圆柱套，套厚度≈0.6滚珠直径，套中部圆周上，径向有至少8个以上的圆柱孔等分圆周，每个孔内有一滚珠(3.9)，拉套(3.5)外径与盖头(3.10)圆柱套内径间隙配合，拉套(3.5)下部有一槽，槽深≈0.5滚珠直径，盖头(3.10)心部安装有螺栓(3.6)与拉套(3.5)连接，一个弹簧(3.7)套装在螺栓上，当拉套(3.5)由弹簧(3.7)压进孔内时，滚珠(3.9)被推出，嵌入钻头体(3.4)半圆形槽与盖头(3.10)之间，盖头被轴向固定，拉紧拉套(3.5)，拉套克服弹簧力上行，拉套上行时，滚珠失去拉套圆柱面的支撑，退入槽内，盖头3.10受重力作用，脱离钻杆体，中心导管下部通孔打开。
8.如权利要求
1所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，对于对随钻灌注混凝土没有要求的，中心导管可以简化为一组传动轴，特征在于一组传动轴由中心驱动轴(1.21)、螺旋钻杆传动轴(2.24)及钻头传动轴(3.17)组成，这些轴的两端轴颈相同，轴颈处均安装挡圈(2.30)及滚珠轴承(2.21)，分别安装在螺旋钻杆驱动套(2.22)、螺旋钻杆体(2.2)及钻头体(3.18)的孔内，相邻轴之间用花键套(2.26)连接，中心驱动轴(1.21)上端与大同步带轮(1.20)键连接，偏心块(2.23)用压盖(2.28)压紧在传动轴上，并用键(2.29)与传动轴连接，偏心块旋转时产生激振力，激振力的合力通过螺旋钻杆(2)或钻头(3)的质心，螺旋钻杆(2)或钻头(3)偏心块(2.23)的偏心质量矩＝螺旋钻杆或钻头的总质量×振幅；简化后省略可启闭的盖头(3.10)，盖头与钻头体连接成一体。
9.如权利要求
1所述的振动螺旋钻孔及疏浚装置，特征在于动力头安装在一个直立的塔架上，可带动整个装置可沿塔架上下移动。
专利摘要
本发明涉及一种既能用于地层钻孔又能用于疏浚的“振动螺旋钻孔及疏浚装置”由动力头、螺旋钻杆、中心导管、钻头，扩径钻头、套管、扩径套管等组成；工作时钻杆及钻头产生高频微幅振动，泥土与螺旋面之间产生液化，降低了摩擦阻力，避免了经常堵塞；用同一直径的螺旋钻杆可以扩径钻不同直径的孔，可用中心导管随钻灌注混凝土，更主要的是用无循环液工法进行疏浚作业，用振动螺旋输送底泥，不用水作为输送底泥的介质，大幅度降低水的二次污染，提高效率，减少能耗；本发明结构简单，易于制造，设备及施工成本低。
文档编号E02F3/04GK1995688SQ200610000037
公开日2007年7月11日 申请日期2006年1月5日
发明者孙孝庆 申请人:孙孝庆导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan